等离子体处理装置和等离子体处理方法

摘要

本发明提供一种等离子体发生装置，可以抑制由产生等离子体引起的对被处理体的损坏，进行适当的等离子体处理。该等离子体处理装置至少包含：对被处理体进行等离子体处理的等离子体处理室；将所述被处理体配置在所述等离子体处理室内的被处理体保持机构；和在该等离子体处理室内产生等离子体的等离子体发生机构，其中等离子体发生机构使用可供给间断的能量的装置。

权利要求

1.一种等离子体处理装置，对被处理体进行等离子体氮化处理，形成氧氮化膜，其特征在于，包括：等离子体处理室，在该等离子体处理室的内部对所述被处理体实施等离子体氮化处理；

被处理体保持机构，该被处理体保持机构将配置在所述等离子体处理室内的所述被处理体进行保持；

等离子体发生机构，该等离子体发生机构向所述等离子体处理室内间断地供给能量，在所述等离子体处理室内产生等离子体；和控制装置，该控制装置以脉冲形式供给所述间断的能量，并且进行脉冲控制，使脉冲频率为10～100kHz、占空比为20～80％范围内，在所述等离子体处理室内生成电子温度为

0.5～1eV的等离子体。

2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，通过所述控制装置，以时间调制形式供给所述间断的能量。

3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，通过所述控制装置，以脉冲带宽、脉冲间隔、或脉冲位置的调制供给所述间断的能量。

4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述能量由包含具有多个槽的平面天线部件的天线部件供给。

5.一种等离子体处理装置，向处理容器内供给间断的能量，生成等离子体，对被处理体进行等离子体氮化处理，形成氧氮化膜，包括：在所述处理容器内形成的处理空间中载置所述被处理体的载置台；

向所述处理容器中导入处理气体的气体供给机构；

在所述处理容器的上方形成有开口部，气密地覆盖该开口部的绝缘部件；

配置在所述绝缘部件的上面，在所述处理容器内生成所述等离子体的天线部件；

与所述天线连接，用于供给所述能量的能量发生装置；

与所述能量发生装置连接，控制用于间断地供给所述能量的ON-OFF的控制装置；和对所述处理容器内进行排气的排气装置，该等离子体处理装置的特征在于，通过由所述控制装置对所述能量发生装置进行ON-OFF，所述天线部件经由所述绝缘部件，向所述处理容器内间断地供给脉冲形式的能量，生成等离子体，并且通过所述控制装置对该能量进行脉冲控制，使脉冲频率为10～

100kHz、占空比为20～80％范围内，生成电子温度为0.5～1eV的等离子体。

6.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述绝缘部件由石英或陶瓷材料构成。

7.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述天线部件是具有多个槽的平面天线部件。

8.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述载置台具有夹紧机构。

9.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述载置台具有静电卡盘。

10.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述载置台上连接有偏压电源。

11.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述载置台上设置有加热器。

说明书

等离子体处理装置和等离子体处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及为制造电子器件等，在对被处理体进行各种等离子体处理时使用的等离子体处理装置和等离子体处理方法。

背景技术

[0002] 本发明的等离子体处理装置一般可在以制造半导体和半导体器件、液晶器件等电子器件的材料代表的等离子体处理中广泛使用，因此这里为方便说明，以半导体件的背景技术为例进行说明。

[0003] 一般，在半导体器件的制造工序中，对作为被处理体的半导体器件用的基底材料(晶片)进行CVD(化学气相堆积)处理、蚀刻处理、飞溅处理等各种处理。

[0004] 在现有技术中，为进行这样的各种处理，使用等离子体处理装置的情况很多。这是因为，在使用等离子体处理装置的情况下，通过使用非平衡的低温等离子体，有可在低温下进行现有的只有在高温下才产生的化学反应的优点。

[0005] 近年来，伴随半导体装置的微细化，强烈希望器件结构更薄膜化。例如，在作为半导体器件的结构，最通用的MOS型半导体器件的结构中，根据所谓的定标规则(scaling rule)，对极薄的(例如2nm以下)而且品质优良的栅极绝缘膜的需求极高。 [0006] 现有技术对这种栅极绝缘膜的形成和处理(氧化处理，氮化处理等)主要使用等离子体(例如感应结合等离子体(ICP)，微波等离子体等)来进行。

[0007] 然而，伴随上述器件结构的薄膜化，现在没有作为实质问题的一定程度的损坏，特别是由等离子体产生的电子、离子和/或基于紫外光的被处理体的损坏成为问题的情况增多。

[0008] 在产生这种被处理体损坏的情况下，容易产生栅极绝缘膜耐电压不佳，泄漏电流增加，晶体管驱动电流降低等新的问题。

[0009] 本发明的目的在于提供消除上述现有技术的缺点的等离子体处理装置和等离子体处理方法。

[0010] 本发明的另一个目的是提供可抑制因产生等离子体引起的对被处理体的损坏，可以进行适当的等离子体处理的等离子体处理装置和等离子体处理方法。

[0011] 发明内容

[0012] 本发明者精心研究的结果发现，为了达到上述目的，不是如现有技术那样基于连续地(和以连续波)供给的能量，将等离子体给与被处理体，而是基于间断地(即在规定的间隔中)供给的能量，将等离子体给与被处理体，极其有效。

[0013] 本发明的等离子体处理装置基于上述认知提出，更详细地说，本发明的等离子体处理装置的特征在于，至少包含：对被处理体进行等离子体处理的等离子体处理室，将上述被处理体配置在上述等离子体处理室内的被处理体保持机构，和在该等离子体处理室内产生等离子体的等离子体发生机构，其中，上述等离子体发生机构是可以基于供给间断的能量产生等离子体的装置。

[0014] 另外，本发明的等离子体处理被处理体的等离子体处理方法，使用至少包含以下装置的等离子体处理装置：对被处理体进行等离子体处理的等离子体处理室；将上述被处理体配置在上述等离子体处理室内的被处理体保持机构；在该等离子体处理室内产生等离子体的等离子体发生机构；和进行控制，使得上述等离子体发生机构供给间断的能量的控制装置，基于由使用所述等离子体发生机构的所述控制装置供给间断的能量产生等离子体，对上述被处理体进行等离子体处理。

[0015] 在具有上述结构的本发明中，通过基于上述等离子体发生装置供给间断的能量(微波、RF等)产生等离子体，将高效率地产生的原子团供给到被处理体，因此不实质降低等离子体处理的效率，可以实质降低等离子体处理的电子温度。

[0016] 此外，在本发明中，由于离子冲击的减少、充电损坏(charge updamage)的减少的原因，能够实质减少基于供给间断的能量的等离子体发出的离子和/或紫外光引起的被处理体的损坏。因此，根据本发明， 可以不降低等离子体处理的效率，进行规定的等离子体处理(例如，等离子体氮化和/或等离子体氧化处理)。

[0017] 与此相对，在现有的等离子体处理中，即使在使用电子温度比较低的等离子体(例如ECR等离子体)的情况下，由于该等离子体的电子温度为2～4eV左右，因此基于连续的能量供给，将等离子体给与被处理体的情况下，该被处理体上产生损坏的可能性高。因此，采用本发明可以比现有技术减少对被处理体的损坏。

[0018] 如上所述，根据本发明，能够提供可抑制由产生等离子体引起的被处理体的损坏，同时可进行优选的等离子体处理的等离子体处理装置和等离子体处理方法。因此例如在绝缘膜成膜处理中应用情况下，可以抑制由损坏引起的绝缘膜的耐电压不佳，泄漏电流增加，晶体管驱动电流降低等问题的发生。

附图说明

[0019] 图1为表示本发明的等离子体处理装置的一个优选形式的示意截面图。 [0020] 图2为表示图1的等离子体处理装置的详细结构的一例的示意截面图。 [0021] 图3为表示由脉冲引起的电子温度降低的图形等的数据。

[0022] 图4为表示由脉冲引起的电子温度降低的图形等的数据。

[0023] 图5为表示由脉冲引起的电子温度降低的图形等的数据。

[0024] 符号说明

[0025] 100等离子体处理装置，101等离子体处理室，102放置台，104绝缘板，105平面天线部件，105a槽，106滞波部件，107同轴波导管，108微波发生装置，120控制装置，121调制装置

具体实施方式

[0026] 以下，根据需要，参照附图更具体地说明本发明。在以下的说明中，表示量比的“部”和“％”，只要不特别说明都是以质量为基准。

[0027] (等离子体处理装置)

[0028] 本发明的等离子体处理装置至少包含：对被处理体进行等离子体 处理用的等离子体处理室；将上述被处理体配置在上述等离子体处理室内用的被处理保持机构；和在该等离子体处理室内产生等离子体用的等离子体发生机构。在该等离子体处理装置中，上述等离子体发生机构可以基于供给间断的能量产生等离子体。

[0029] (供给间断的能量)

[0030] 在本发明中，所谓“供给间断的能量”是指在规定的时间范围内(例如1ms)，供用于产生等离子体用的能量供给为零的瞬间至少为1次。在本发明中，只要产生“供给间断的能量”，其“间断的”形式就没有特别的限制。即，能量供给的波形为矩形波形，三角波形，曲线波(例如正弦曲线)形等公知的波形均可。“供给间断的能量”优选为矩形波和高频波组合的形式产生。

[0031] 在本发明中，从等离子体产生的效率和减少被处理体的损坏的平衡的观点出发，在1000ms中，供发生等离子体用的能量供给为零的时间优选合计为20～200μs，更优选为50～100μs。

[0032] (调制)

[0033] 在本发明中，根据需要，上述“供给间断的能量”也可以用时间调制(time-modulation)形式给出。

[0034] (等离子体处理装置的一种形式)

[0035] 图1为表示本发明的等离子体处理装置的另一例的示意截面图。在该形式中，说明在等离子体CVD(化学气相堆积，Chemical VaporDeposition)处理中使用等离子体处理装置的情况。在其他等离子体处理(例如等离子体氧化和/或等离子体氮化处理)中使用图1的形式的装置的情况下，例如也可以不从后述的处理气体供给用的喷嘴103供给处理气体。其中，在图1的形式中，使用平面天线部件105作为天线部件。

[0036] 如图1所示，该等离子体处理装置100的例如侧壁101a或底部101b由铝等导体构成，整体具有呈筒体状的等离子体处理室101，等离子体处理室101的内部构成密闭的处理空间S。

[0037] 在该等离子体处理室101内容纳将被处理体(例如半导体晶片W)放置在上面的放置台102。该放置台102由例如氧化铝膜处理的铝等形成凸状的平坦的大致圆柱形。 [0038] 上述放置台102的上表面设置有用于保持晶片W的静电夹头或夹紧机构(未图示)。此外，该放置台102经由给电线(未图示)，与匹配盒(matching box)(未图示)和偏压用高频电源(例如13.56MHz用，未图示)连接。在CVD情况下(即不施加偏压的情况)，也可以不设置该偏压用高频电源。

[0039] 另一方面，在上述等离子体处理室101的侧壁上，作为气体供给机构，设置有将上述含有水蒸气的气体导入容器内的气体供给喷嘴103。

[0040] 等离子体处理室101的顶部开口，由石英，Al2O3等陶瓷材料构成，经由○形圈等密封部件(未图示)，气密地设置有对微波具有透过性的绝缘板104(厚度例如约为20mm)。 [0041] 该绝缘板104的上表面上设置有圆板状的平面天线部件105和具有高介电常数特性的滞波件106(由石英，Al2O3，AiN等构成)。微波从同轴波导管107传播至该平面天线部件105。微波的频率不限于2.45GHz，也可以使用其他频率(例如8.35GHz)。 [0042] 微波由例如微波发生装置108产生。微波发生装置108例如通过控制ON-OFF的控制装置120的控制，以脉冲形式间断地输出微波，供给到同轴波导管107。其中，也可以以调制装置121代替ON-OFF控制，对从微波发生装置108输出的微波进行时间调制，将微波的能量间断地供给到同轴波导管107。

[0043] 图2为更详细地表示图1的结构的例子的示意性截面图。如图2所示，该等离子体处理装置100a的例如侧壁101a或底部101b由铝等导体构成，整体具有呈筒体状的等离子体处理室101，等离子体处理室101的内部构成密闭的处理空间。

[0044] 在该等离子体处理室101内容纳放置被处理体(例如半导体晶片W)于其上的放置台(工作台)102。根据需要，在该放置台102内置加热晶片W用的加热器(未图示)。 [0045] 另外，在上述等离子体处理室101的侧壁上设置有将上述含有水蒸气的气体导入容器内的气体供给喷嘴103作为气体供给机构。在图2中，为均匀地排出气体，大致与侧壁101a垂直地配置气体挡板109。另外，为防止从壁产生颗粒，在侧壁101a和气体挡板109的内侧配置 石英玻璃制的衬垫110。

[0046] 在等离子体处理室101的顶部开口上，经由○形圈等密封件(未图示)气密地设置由石英、Al2O3等陶瓷材料制成，对微波具有透过性的绝缘板104(厚度约为20mm)。 [0047] 在该绝缘板104的上表面设置圆板状的平面天线部件105和具有高介电率特性的滞波件106(例如由石英、Al2O3、AiN等构成)。在平面天线部件105上成环状或涡卷状形成多个槽105a。使用RLSA(RadialLine Slot Antenna径向线槽天线)。另外，通过具有高介电率特性的滞波件106的波长缩短效应，可缩短微波的管内波长。

[0048] 在图2中，在滞波件106上配置冷却滞波件106等用的冷却板112，在该冷却板112内部和侧壁101a内部设置冷却这些部件的冷媒通路113。如上所述，从同轴波导管107输出的微波(频率2.45GHz等)在上述平面天线部件105上传播。

[0049] 其次，说明使用以上结构的等离子体处理装置进行的处理方法的一例。 [0050] 参照图2，首先，经由未图示的闸阀68，通过搬送臂(未图示)将半导体晶片W收容在等离子体处理室101内，通过使提升机销子(未图示)上下运动，将晶片W放置台102的上面的放置面上。使等离子体处理室101内维持规定的处理压力(例如在0.01-几Pa的范围内)，对从等离子体气体供给喷嘴(未图示)输出的氩气进行流量控制并供给，同时，对从处理气体供给喷嘴103输出的SiH4、O2、N2等沉积气体进行流量控制并供给。同时，经由同轴波导管107，间断地将从微波发生装置108产生的微波，供给到平面天线部件105，将由滞波件106缩短波长的微波导入处理空间S，这样，产生等离子体，进行规定的等离子体处理(例如通过等离子体CVD进行的成膜处理)。

[0051] (各部分的结构)

[0052] 以下，说明在图1～2中所示的各部分的结构和图1～2的装置中可以使用的材料等。

[0053] (电子器件用的基底材料)

[0054] 对在本发明中可以使用的上述电子器件用的基底材料没有特别的限制，可以从1种或2种以上公知的电子器件用的基底材料的组合中 适当选择和使用。作为这种电子器件用的基底材料有半导体材料，液晶器件材料等。作为半导体材料可举出以单晶硅为主要成分的材料、以硅锗为主要成分的材料；作为液晶器件材料可举出在玻璃基板上成膜的多晶硅、无定形硅等。

[0055] (处理气体)

[0056] 在本发明中，可使用的处理气体没有特别的限制。即，在本发明中，在进行电子器件基底材料的氧化处理的情况下，作为该处理气体，可以没有特别限制地使用至少是氧气和含氧原子的气体。另一方面，在本发明中，在进行电子器件的基底材料的氮化处理时，作为该处理气体，可以无特别限制地使用至少是氮气和含氮原子的气体。另外，在本发明中，在进行CVD处理的情况下，可以无特别限制地使用公知的沉积气体。

[0057] (优选的处理气体的例子)

[0058] 以下，举例表示可在本发明中很好地使用的处理气体及其流量比。 [0059] (1)氧化处理

[0060] Ar/O2＝1000/10～1000/100sccm

[0061] (2)氮化处理

[0062] Ar/N2＝1000/10～1000/200sccm

[0063] (3)CVD

[0064] Ar/C4F8＝1000/20～1000/400sccm

[0065] (稀有气体)

[0066] 在本发明中，为了产生等离子体可以使用的稀有气体没有特别的限制，可以从可在电子器件制造中使用的公知的稀有气体的1种或2种以上的组合中适当地选择使用。作为这种处理气体的例子可举出氪(Kr)、氙(Xe)、氦(He)或氩(Ar)。

[0067] (处理气体的条件)

[0068] 在根据本发明制成氧氮化膜的情况下，从应形成的膜的特性观点看，可使用下述条件。

[0069] (1)稀有气体(例如，Kr、Ar、He或Xe)的流量为200～1000sccm，更优选为500～1000sccm；

[0070] (2)处理气体的流量为10～100sccm，更优选为20～50sccm；

[0071] (3)温度为室温(25℃)～500℃，更优选为250～400℃；

[0072] (4)处理室内的压力为5～300Pa，更优选为6～150Pa；

[0073] (5)微波为0.5～3W/cm2更优选为0.7～1.5W/cm2(微波的ON/OFF优选为10～100KHz，占空比为20％～80％)。

[0074] (优选的等离子体)

[0075] 在本发明中，可很好地使用的等离子体的特性如下。

[0076] (1)电子温度为0.5～1.0eV；

[0077] (2)密度为1～20×1011/cm3；

[0078] (3)等离子体密度的均匀性为±10％。

[0079] 图3～图5表示，在通过连续波(CW)连续地供给能量进行等离子体处理，和通过脉冲供给间断的能量进行等离子体处理情况下的，从晶片中心至边缘的电子温度和电子密度的结果。这些数据的条件等如图中所述。图3～图5的处理的条件都是Ar/N2的流量为1000/40sccm，处理室压力为50mTorr，将等离子体能量分别变化为1000W(图3的例子)，
1500W(图4的例子)，2000W(图5的例子)。在所有情况下，脉冲的频率/占空比有10(kHz)/(50％)、12.5(kHz)/(37.5％)，6.7(kHz)/(66.7％)，6.7(kHz)/(33.3％)四种。 [0080] 从这些结果可得出，根据本发明，供给间断的能量产生的等离子体进行的处理，与连续波进行的连续的能量强供给的情况相比，可以降低电子温度。但在电子密度方面，可实现比连续波的情况更高的密度。因此，可以抑制对被处理体的损坏，同时可进行高品质的等离子体处理。

[0081] (其他的等离子体)

[0082] 在上述形式中，说明了利用微波产生等离子体，但只要能间断地进行能量供给，等离子体发生装置(等离子体源)就不特别限制。即除了微波以外，还可以使用ICP(感应结合等离子体)。

[0083] (其他应用)

[0084] 在上述形式中，以在半导体晶片上进行成膜处理的情况为例进行了说明，但不仅限于此。本发明在等离子体蚀刻处理、等离子体灰化处理等中也可以应用。另外，作为被处理体不仅限于半导体晶片，对玻璃基板、LCD(液晶器件)基板等也可使用。 [0085] (产业上利用的可能性)

[0086] 本发明在半导体器件或平面显示器基板的制造工序(例如蚀刻处理，灰化处理，成膜处理等的等离子体处理)中有用。